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不使用任何库函数，设计一个 跳表 。

跳表 是在 O(log(n)) 时间内完成增加、删除、搜索操作的数据结构。跳表相比于树堆与红黑树，其功能与性能相当，并且跳表的代码长度相较下更短，其设计思想与链表相似。

例如，一个跳表包含 [30, 40, 50, 60, 70, 90] ，然后增加 80、45 到跳表中，以下图的方式操作：


Artyom Kalinin [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

跳表中有很多层，每一层是一个短的链表。在第一层的作用下，增加、删除和搜索操作的时间复杂度不超过 O(n)。跳表的每一个操作的平均时间复杂度是 O(log(n))，空间复杂度是 O(n)。

了解更多 : https://en.wikipedia.org/wiki/Skip_list

在本题中，你的设计应该要包含这些函数：

bool search(int target) : 返回target是否存在于跳表中。
void add(int num): 插入一个元素到跳表。
bool erase(int num): 在跳表中删除一个值，如果 num 不存在，直接返回false. 如果存在多个 num ，删除其中任意一个即可。
注意，跳表中可能存在多个相同的值，你的代码需要处理这种情况。

 

示例 1:

输入
["Skiplist", "add", "add", "add", "search", "add", "search", "erase", "erase", "search"]
[[], [1], [2], [3], [0], [4], [1], [0], [1], [1]]
输出
[null, null, null, null, false, null, true, false, true, false]

解释
Skiplist skiplist = new Skiplist();
skiplist.add(1);
skiplist.add(2);
skiplist.add(3);
skiplist.search(0);   // 返回 false
skiplist.add(4);
skiplist.search(1);   // 返回 true
skiplist.erase(0);    // 返回 false，0 不在跳表中
skiplist.erase(1);    // 返回 true
skiplist.search(1);   // 返回 false，1 已被擦除
 

提示:

0 <= num, target <= 2 * 104
调用search, add,  erase操作次数不大于 5 * 104 

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode.cn/problems/design-skiplist
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权，非商业转载请注明出处。
*/

#include "../stdc++.h"

using namespace std;

constexpr int MAX_LEVEL = 32;
constexpr double P_FACTOR = 0.25;

struct SkiplistNode {
    int val;
    vector<SkiplistNode *> forward;
    SkiplistNode(int _val, int _maxLevel = MAX_LEVEL) : val(_val), forward(_maxLevel, nullptr) {
        
    }
};

class Skiplist {
private:
    SkiplistNode * head;
    int level;
    mt19937 gen{random_device{}()};
    uniform_real_distribution<double> dis;

public:
    Skiplist(): head(new SkiplistNode(-1)), level(0), dis(0, 1) {

    }

    bool search(int target) {
        SkiplistNode *curr = this->head;
        for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
            /* 找到第 i 层小于且最接近 target 的元素*/
            while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->val < target) {
                curr = curr->forward[i];
            }
        }
        curr = curr->forward[0];
        /* 检测当前元素的值是否等于 target */
        if (curr && curr->val == target) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    void add(int num) {
        vector<SkiplistNode *> update(MAX_LEVEL, head);
        SkiplistNode *curr = this->head;
        for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
            /* 找到第 i 层小于且最接近 num 的元素*/
            while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->val < num) {
                curr = curr->forward[i];
            }
            update[i] = curr;
        }
        int lv = randomLevel();
        level = max(level, lv);
        SkiplistNode *newNode = new SkiplistNode(num, lv);
        for (int i = 0; i < lv; i++) {
            /* 对第 i 层的状态进行更新，将当前元素的 forward 指向新的节点 */
            newNode->forward[i] = update[i]->forward[i];
            update[i]->forward[i] = newNode;
        }
    }

    bool erase(int num) {
        vector<SkiplistNode *> update(MAX_LEVEL, nullptr);
        SkiplistNode *curr = this->head;
        for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
            /* 找到第 i 层小于且最接近 num 的元素*/
            while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->val < num) {
                curr = curr->forward[i];
            }
            update[i] = curr;
        }
        curr = curr->forward[0];
        /* 如果值不存在则返回 false */
        if (!curr || curr->val != num) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < level; i++) {
            if (update[i]->forward[i] != curr) {
                break;
            }
            /* 对第 i 层的状态进行更新，将 forward 指向被删除节点的下一跳 */
            update[i]->forward[i] = curr->forward[i];
        }
        delete curr;
        /* 更新当前的 level */
        while (level > 1 && head->forward[level - 1] == nullptr) {
            level--;
        }
        return true;
    }

    int randomLevel() {
        int lv = 1;
        /* 随机生成 lv */
        while (dis(gen) < P_FACTOR && lv < MAX_LEVEL) {
            lv++;
        }
        return lv;
    }
};


